顏色可隨機變化的256色彩燈的製作方法

2023-05-16 22:06:21 2

專利名稱：顏色可隨機變化的256色彩燈的製作方法
技術領域：
本發明涉及裝飾燈具領域，具體涉及一種顏色連續可調的裝飾燈具。
背景技術：
目前，燈具市場上顏色可調節的燈具種類較少，而且顏色一般不超過七種。在調節顏色過程中，現有燈具大多使用螢光燈管或多個發光器件構成光源，能耗較高。已有的多彩燈具的顏色變化原理及實現方式為改變紅、綠、藍三基色燈泡的電壓，三種顏色的燈泡是同時亮的，只是由於亮度不同混合出不同的顏色；對於七色彩燈，一段時間內，三色燈泡同時亮，另一段時間內只亮其中的一個或者兩個燈泡。其色彩單調，不能連續變化，視覺效果不夠理想。

發明內容
本發明的目的在於提供一種顏色可隨機變化的256色彩燈，解決現有的顏色可調節的燈具顏色種類少、不能連續變化、視覺效果不夠理想、能耗較高的問題，提供一種顏色連續可調、色彩豐富、能耗低的裝飾燈具，其顏色可以自動調節，也可以手動調節。
本發明的目的是通過以下技術方案實現的，具體包括電源模塊、紅、綠、藍三基色大功率發光二極體和燈罩，其特徵在於該燈具設有控制模式選擇單元、用戶輸入單元、模擬量/數字量轉化單元、微處理單元和二極體驅動單元，所說的控制模式選擇單元為撥段開關，所說的用戶輸入單元為電位器，所說的模擬量/數字量轉化單元為八位或八位以上的模/數轉化晶片，該晶片包括轉換啟動信號引腳、轉換結束標誌信號引腳、數字量輸出引腳、數據輸出允許控制引腳，所說的微處理單元為單片機，所說的二極體驅動單元為非門集成晶片；撥段開關的兩端分別連接到低電平和高電平，撥段開關的中端連接到單片機的一個I/O引腳，決定燈具的工作模式為手動顏色調節模式或自動顏色調節模式，電位器的兩端分別連接到低電平和高電平，電位器的中端連接到模/數轉化晶片的一個由地址輸入控制端控制該引腳輸入有效的引腳；模/數轉化晶片的轉換啟動信號引腳連接到單片機的一個I/O引腳，由單片機通過程序驅動，轉換結束標誌信號引腳連接到單片機的一個I/O引腳，將轉換結束標誌信號傳送給單片機，數字量輸出引腳分別連接到單片機相應的I/O引腳，將轉換結果輸入給單片機，數據輸出允許控制引腳連接到單片機的一個I/O引腳，由單片機控制模/數轉化晶片的數據輸出；單片機的三個I/O引腳分別連接到非門集成晶片的三個輸入引腳，非門集成晶片的三個輸出引腳分別連接紅、綠、藍三基色大功率發光二極體的陰極引腳，通過非門共陽控制發光二極體的點亮，紅、綠、藍三基色大功率發光二極體接受非門集成晶片送來的脈衝，按一定的順序和時間點亮，從而使燈具發出不同的顏色。
本發明可以通過用戶輸入單元手動調節顏色，也可以通過微處理單元自動調節顏色，通過一個撥段開關，可以方便地在兩種控制模式間進行切換。在手動顏色調節模式下，本發明可通過旋轉電位器實現顏色的連續調節，旋轉電位器一周，燈的顏色逐漸變化，經歷紅、橙、黃、綠、青、藍、紫以及其中的過渡顏色；在自動顏色調節模式下，本發明可通過微處理單元控制顏色自動改變，而且顏色的變化和顏色的呈現時間是隨機的，即觀察者既不知道下一刻燈會是什麼顏色，也不知道這種顏色會持續多久，給人一種魔幻浪漫的感覺。
本發明還具有以下優點使用一個電位器旋紐即可手動調節顏色，簡單方便，顏色調節連續性好，覆蓋顏色多；使用三個大功率發光二極體，功耗低，工作可靠，壽命長；自動調節顏色實現了燈的顏色的變化和顏色的呈現時間隨機變化，具有夢幻般的色彩。


圖1本發明燈具的結構示意框圖；圖2本發明燈具的電路原理示意圖；圖3本發明燈具的控制流程示意圖；圖4立方體顏色模型；圖5三相正弦交流電顏色模型；圖6正三角錐顏色模型。
具體實施例方式
圖1為燈具結構框圖，圖中1為電源模塊，2為紅、綠、藍三基色大功率發光二極體，R-LED為紅色，G-LED為綠色，B-LED為藍色，3為控制模式選擇單元，4為用戶輸入單元，5為模擬量/數字量(A/D)轉化單元，6為微處理單元，7為二極體驅動單元。
本發明的電源模塊1將220V50Hz的交流電轉化為5V直流電對整個系統供電，選用可將220V50Hz的交流電轉化為5V直流電、輸出功率1W或1W以上的模塊電源或者開關電源，例如可選用利德華福HAS2.5-5.WED；控制模式選擇單元3採用一撥段開關，撥段開關的兩端分別連接到低電平和高電平，中端連接到微處理單元6的一個I/O引腳，撥段開關輸入0或1到微處理單元的一個I/O口，決定燈具的工作模式為手動調節顏色模式，或者自動調節顏色(隨機)模式；用戶輸入單元4採用一電位器，電位器的兩端分別連接到低電平和高電平，電位器旋轉到不同位置輸出不同的模擬量，電位器選用機械旋轉角度270°-360°為宣，功率越小越好，例如，可以選用RA16Y型、0.5W電位器，其機械角度290°，外形尺寸φ16.5MM；模擬量/數字量(A/D)轉化單元5將電位器送來的模擬量A轉化為數字量D後，輸入到微處理單元6，模擬量/數字量(A/D)轉化單元為八位或八位以上的模/數轉化晶片，例如，可以採用ADC0809晶片，或任何類似ADC0809之類的八位或八位以上的模/數轉化晶片；所說的微處理單元6採用單片機，例如可以採用AT89C51或AT89C52晶片，單片機帶有產生對應三基色大功率發光二極體的點亮時間及其混合顏色持續時間的偽隨機數程序(具體控制流程參見圖3)，單片機6接收撥段開關3的控制信號和模/數轉化晶片5轉化的數字量，通過程序控制二極體驅動單元7；所說的二極體驅動單元採用非門集成晶片，例如可以採用非門74LS04，非門集成晶片7接收單片機6送來的信號進而確定是否點亮二極體2；紅、綠、藍三基色大功率發光二極體R、G、B受非門集成晶片7的控制按一定規律亮滅，在燈罩和視覺惰性的作用下顯示出某一種顏色。上述模擬量/數字量轉化單元和微處理單元可以合二為一，只使用一片帶模數轉化的微處理晶片，例如飛利普的P87LPC768。
圖2為燈具電路原理示意圖，撥段開關的兩端分別連接到低電平和高電平，撥段開關輸入1(或0)到單片機6的I/O口時，燈具的工作模式為手動顏色調節模式；輸入0(或1)時，燈的工作模式為隨機模式。電位器的兩端分別連接到低電平和高電平，電位器的中端連接到模/數轉化晶片5的一個引腳，例如INO，由地址輸入控制端控制該引腳輸入是否有效，對本實施例而言，ADDA、ADDB和ADDC為三個地址輸入控制端，其全部為低電平時，INO輸入有效。模/數轉化晶片5的轉化啟動信號引腳START連接到單片機6的一個I/O引腳，由單片機通過程序驅動，具體控制流程參見圖3。EOC為A/D轉化結束標誌位，輸入到單片機6的一個I/O口，當單片機檢測到A/D轉化結束後，將轉化結果通過數字量輸出端D0-D7輸入到單片機的八個I/O口。模/數轉化晶片5的數據輸出允許控制引腳OE(或控制A/D是否工作的片選信號引腳CS)連接到單片機6的一個I/O引腳，由單片機控制模/數轉化晶片的數據輸出。單片機6的三個I/O引腳分別連接到74LS04非門集成晶片7的三個輸入引腳。非門集成晶片的三個輸出引腳分別連接紅、綠、藍三基色大功率發光二極體R、G、B的陰極引腳，由於大功率發光二極體的電流很大，本發明通過非門共陽控制發光二極體的點亮。所說的紅、綠、藍三種顏色的發光二極體R、G、B接受74LS04非門集成晶片送來的脈衝，按一定的順序和時間來點亮，從而使燈具發出不同的顏色。
上述模塊和晶片其它引腳的連接方式按照該器件公知的連接方式進行連接，例如，模擬量/數字量轉化單元的CLK為A/D轉化的工作脈衝，可以由單片機的一個控制腳CTNL0經過分頻得到或單獨的CLK源輸入。
圖3為燈具的控制程序示意圖，開機後進行初始化偽指令，給源程序中的符號以標示，例如STAR EQU P3.0，EOC EQU P3.1等；然後進行模式判斷，根據撥段開關送來的值是0還是1決定進入手動顏色調節模式還是隨機模式。如進入手動顏色調節模式子程序，首先進行A/D轉化，將電位器輸出的模擬量轉化為數字量，由轉化來的數字量查表可以得到三基色大功率發光二極體的點亮時間(表是由漸變算法得到的，算法是根據幾種顏色模型得來，這一過程可根據現有技術編好程序，由單片機進行處理)，依照點亮時間依次點亮紅、綠、藍三基色大功率發光二極體，點亮結束後再次進入模式判斷狀態，如此循環。如進入顏色隨機模式子程序，產生兩個八位偽隨機數，分別對應三基色大功率發光二極體的點亮時間和這種顏色的持續時間(其中一個查表得到三基色大功率發光二極體的點亮時間，另外一個對應這種顏色的持續時間)，依照點亮時間依次點亮三基色大功率發光二極體，顯示一種隨機顏色；判斷顏色的持續時間是否到，沒到則繼續顯示這種顏色，到了則再次進入模式判斷狀態，如此循環。
在手動顏色調節模式下，通過旋轉電位器旋鈕輸入不同的模擬量，經過ADC0809晶片轉化為不同的數字量後，送給單片機的P1口，單片機計算出對應的紅、綠、藍三種顏色大功率發光二極體的點亮時間後，從P0.0、P0.1、P0.2口送出相應的脈寬，依次點亮三種顏色的二極體，發光二極體的點亮時間都在微秒級，遠小於人眼的視覺暫留時間0.05秒至0.2秒，由於人眼的視覺惰性觀察者看到的是紅、綠、藍三種顏色混合出來的一種顏色。一種顏色的持續時間由電位器在某一位置的停留時間決定，當電位器固定不動時，顏色保持不變，當手動旋轉電位器時，顏色產生相應變化。電位器旋轉一周，燈的顏色逐漸變化，經歷紅橙黃綠青藍紫以及其中的任意過渡顏色，幾乎涵蓋了人眼可識別的所有顏色。例如當電位器輸入的電壓為0V時，經過A/D轉化後為0，查R、G、B點亮時間表得到255，0，0，顯示為紅色。
在隨機模式下，通過一個偽隨機數程序不斷地產生一對對隨機數，其中第一個對應三基色大功率發光二極體的點亮時間，第二個對應紅、綠、藍三種顏色混合出來的一種顏色的持續時間。燈在單片機的控制下顏色會自動隨機改變，一種顏色的點亮時間可以是0.5秒至2秒之間的隨機數，即觀察者既不知道下一刻燈會是什麼顏色，也不知道這種顏色會持續多久，給人一種魔幻浪漫的感覺。
一種顏色的持續時間(即模擬電位器在每一個位置停留的時間)可設定為0.5秒至2秒之間的隨機數(random)，例如，0.5、0.6、0.8、0.9、1.0、1.2、1.4、1.6、1.8、2.0秒(得到的隨機數random為0-255，加1後為1-256，0.5+1.5*random/256即可得到點亮時間)。
撥段開關中端連接單片機P3.5口，兩側分別接低電平和高電平，單片機在每個微秒級的工作周期內查詢P3.5口的狀態一次，從而實現兩種狀態間的切換。
本發明的有益效果是一、僅一個電位器旋紐就可以手動調節燈的顏色逐漸變化，而且顏色涵蓋了人眼可識別的所有顏色，使用大功率發光二極體功耗低，可靠性好、壽命長；二、實現了燈的顏色和點亮時間隨機任意性，賦予其夢幻色彩。
上述燈具中，紅、綠、藍三種顏色的發光二極體應當依次點亮，每個點亮周期內三種顏色的二極體點亮時間之和不大於人眼視覺暫留時間0.05秒至0.2秒，即可產生較好的變色效果，作為一種具體實施方案，本發明設定其不大於0.02秒，例如，0.02秒、0.015秒、0.01秒、0.005秒等都是可以選擇的方案。呈現的顏色的是紅、綠、藍三種顏色的發光二極體點亮時間的比例(前提是一個周期內三者點亮時間之和不大於0.02秒)，例如，當三種顏色的二極體點亮的比例R∶G∶B＝1∶0∶0時為紅色，當R∶G∶B＝0∶1∶0時為綠色，當R∶G∶B＝0∶0∶1時為蘭色，當R∶G∶B＝1∶1∶1時為白色，當R∶G∶B＝1∶1∶0時為黃色，當R∶G∶B＝1∶0∶1時為紫色，當R∶G∶B＝0∶1∶1時為青色。兩種顏色的二極體同時點亮與不亮，其混合顏色並沒有什麼不同，關鍵問題是一個周期(三基色大功率發光二極體依次點亮時間之和)內三者點亮時間的比值，若有時兩者或者三者同時亮，理論上也行，但實際上帶來新的問題系統的功率是變化的，燈的亮度是變化的，而亮度某種程度上影響顏色，顯示效果會變壞；功率有些時刻超過1W，電源模塊1的功率應加大，例如從1.5W增加到2.5W(若頂多只有兩燈同時亮)或者5W(若有三燈同時亮)，成本增加而效果並未得到改進。
本發明可以有256種顏色，對應有256組R、G、B點亮時間比例，它們是利用顏色模型做出一個表的。在隨機模式下，先產生兩個隨機數，第一個對應數組的序號(也就是R、G、B點亮時間，對應一種顏色)，第二個隨機數對應持續呈現這種顏色的時間。某種顏色對應的發光二極體點亮時間漸變的方案可以按照現有技術中的數學模型進行設計，例如可以採用的方案有1.立方體顏色模型如圖4所示，以RGB為坐標軸的單位立方體內，每個點的坐標對應三個燈管的點亮時間，生成一種顏色，1--7點依次對應紅色、黃色、綠色、青色、蘭色、品紅、白色，8位A/D轉化後的數字量從0遞增到255，相應的顏色坐標從1連續過渡到7。
2.三相正弦交流電模型如圖5所示，借用三相正弦交流電中三相電流或電壓的模型，在三相正弦交流電中，A、B、C三相電壓如下
uA＝UmsinωtuB＝Umsin(ωt-120°)uC＝Umsin(ωt-240°)＝Umsin(ωt+120°)三相交流電的一個重要特性是任意時刻三相之和為0，若每一相都加上Um，則任意時刻之和為3Um。
3.正三角錐模型如圖6所示，結合方案一和方案二中的兩個模型，保持三者點亮時間之和不變，且遍歷所有的可能。在圖6中由R1、G1、B1構成的三角形面上，三者之和保持不變，每一點均代表一種顏色，因此只須將三角形不重複地覆蓋一次即可。工作過程為A/D轉化後的8位數據----查表(由顏色模型得到)得到R、G、B點亮時間----依次點亮三基色大功率LED就可以顯示所要的顏色了。
權利要求
1.一種顏色可隨機變化的256色彩燈，包括電源模塊(1)、紅、綠、藍三基色大功率發光二極體(2)和燈罩，其特徵在於該燈具設有控制模式選擇單元(3)、用戶輸入單元(4)、模擬量/數字量轉化單元(5)、微處理單元(6)和二極體驅動單元(7)，所說的控制模式選擇單元(3)為撥段開關，所說的用戶輸入單元(4)為電位器，所說的模擬量/數字量轉化單元(5)為八位或八位以上的模/數轉化晶片，該晶片包括轉換啟動信號引腳、轉換結束標誌信號引腳、數字量輸出引腳、數據輸出允許控制引腳，所說的微處理單元(6)為單片機，所說的二極體驅動單元(7)為非門集成晶片；撥段開關的兩端分別連接到低電平和高電平，撥段開關的中端連接到單片機(6)的一個I/O引腳，決定燈具的工作模式為手動顏色調節模式或自動顏色調節模式，電位器的兩端分別連接到低電平和高電平，電位器的中端連接到模/數轉化晶片(5)的一個由地址輸入控制端控制該引腳輸入有效的引腳；模/數轉化晶片(5)的轉換啟動信號引腳連接到單片機(6)的一個I/O引腳，由單片機通過程序驅動，轉換結束標誌信號引腳連接到單片機(6)的一個I/O引腳，將轉換結束標誌信號傳送給單片機(6)，數字量輸出引腳分別連接到單片機(6)相應的I/O引腳，將轉換結果輸入給單片機，數據輸出允許控制引腳連接到單片機(6)的一個I/O引腳，由單片機(6)控制模/數轉化晶片(5)的數據輸出；單片機的三個I/O引腳分別連接到非門集成晶片(7)的三個輸入引腳，非門集成晶片(7)的三個輸出引腳分別連接紅、綠、藍三基色大功率發光二極體(2)的陰極引腳，通過非門共陽控制發光二極體的點亮，紅、綠、藍三基色大功率發光二極體(2)接受非門集成晶片(7)送來的脈衝，按一定的順序和時間點亮，從而使燈具發出不同的顏色。
2.如權利要求1所述的顏色可隨機變化的256色彩燈，其特徵在於紅、綠、藍三基色大功率發光二極體(2)依次點亮，每個點亮周期內三種顏色的二極體點亮時間之和不大於0.02秒。
全文摘要
一種顏色可隨機變化的256色彩燈，具體包括電源模塊、紅、綠、藍三基色大功率發光二極體、燈罩、控制模式選擇單元、用戶輸入單元、模/數轉化單元、微處理單元和二極體驅動單元。紅、綠、藍三基色大功率發光二極體(2)依次點亮，每個點亮周期內三種顏色的二極體點亮時間之和不大於0.02秒。使用一個電位器旋紐即可手動調節顏色，簡單方便，顏色調節連續性好，覆蓋顏色多；使用三個大功率發光二極體，功耗低，工作可靠，壽命長；自動調節顏色實現了燈的顏色的變化和顏色的呈現時間隨機變化。
文檔編號F21Y101/02GK1888522SQ200610200718
公開日2007年1月3日 申請日期2006年7月24日 優先權日2006年7月24日
發明者孫德輝, 任榮文, 劉風然 申請人:北方工業大學